[科普中國(guó)]-熔析精煉

簡(jiǎn)介

所謂熔析是指熔體在熔融狀態(tài)或緩慢冷卻過(guò)程中，使液相或固相分離。在冷卻金屬合金時(shí)，除了共晶組成以外，都會(huì)產(chǎn)生熔析現(xiàn)象。這種現(xiàn)象對(duì)于鑄造業(yè)來(lái)說(shuō)非常有害，因?yàn)槿畚霈F(xiàn)象破壞了合金鑄件各部分組成的均勻性，造成鑄件各部分性質(zhì)的不一致。但是熔析現(xiàn)象卻廣泛應(yīng)用于有色粗金屬精煉中，如粗鉛熔析除銀、粗鋅熔析除鐵除鉛、粗錫熔析除鐵等。

除了精煉粗金屬外，也有其他一些冶金過(guò)程以熔析現(xiàn)象作為基礎(chǔ)，如銅鎳冰銅的分層熔煉，就是把銅鎳冰銅與硫化鈉共熔，在溫度1090～1100℃下，硫化亞銅非常容易溶于Na2S中，而Ni3S2的溶解度不大；當(dāng)溫度降低時(shí)，由于Ni3S2在Na2S中的溶解度降低而被分離出來(lái)。且按密度的差異分成兩層：頂層是Na2S-Cu2S合金，底層是Ni3S2與少量Na2S組成的合金?，F(xiàn)在該法已被銅鎳冰銅的細(xì)磨-浮選法所取代。但目前還有個(gè)別工廠用熔析法來(lái)處理銅鎳冰銅。

分類熔析精煉是一種歷史悠久的精煉方法，由于其具有操作方便、設(shè)備簡(jiǎn)單和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此直到現(xiàn)在，在某些有色金屬精煉中仍然得到應(yīng)用。

熔析精煉可分兩種類型：

1、將液態(tài)粗金屬，例如將具有二元共晶型的粗金屬熔體緩慢冷卻到稍高于共晶溫度，這時(shí)雜質(zhì)將以固體（或固溶體）析出并浮于金屬熔體的表面上，然后使固相與液相分離。這個(gè)過(guò)程稱為冷卻凝析精煉。

2、將固態(tài)祖金屬加熱到稍高于共晶溫度，這時(shí)雜質(zhì)含量接近共晶組成的熔體，沿傾斜的爐底流出，而雜質(zhì)仍以固相留下。這種方法稱為加熱熔橋精煉。1上述這兩種過(guò)程在原理上是相同的，因此，在習(xí)慣上統(tǒng)稱之為熔析精煉。

為了收到較好的精煉效果，在實(shí)際生產(chǎn)中，適宜采用熔析精煉的二元系應(yīng)該具有以下特征：

1、雜質(zhì)與主體金屬熔點(diǎn)相差較大；

2、三相點(diǎn)組成的位置應(yīng)遠(yuǎn)離雜質(zhì)金屬，而非常接近主體金屬組成點(diǎn)；

3、共存相應(yīng)該易于分離。例如，常應(yīng)用的液一固、液一液平衡相，二者的比重差應(yīng)該較大，而且在精煉溫度下液相的粘度較小。

熔析精煉過(guò)程熔析精煉過(guò)程由兩個(gè)步驟組成：

1、在均勻的合金中產(chǎn)生多相體系（液體+液體或液體+固體）。產(chǎn)生多相體系可以用加熱、緩冷等方法。

2、使由第（1）步所產(chǎn)生的兩相按密度不同而進(jìn)行分層。如果分層為二液相則分別放出；如果分層為固體和液體，則利用漏勺、撈渣器等使兩相分離，或者使液體沿著爐底斜坡排出爐外，而固體則仍留于爐底上，從而使兩相分離，錫中除鐵的熔析精煉便是這個(gè)過(guò)程的典型例子。2

在均勻合金中產(chǎn)生多相的方法有下列兩種：

1、熔化。將粗金屬緩緩加熱到一定溫度，其中一部分熔化成液體，而另一部分仍為固體，借此將金屬與其雜質(zhì)分離。如圖所示：

A （純金屬）與B（雜質(zhì)）形成簡(jiǎn)單共晶體系，其共晶成分為a。設(shè)將粗金屬b 加熱到共晶溫度T時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)共晶成分的液相，而雜質(zhì)B 則留在固相內(nèi)。因此經(jīng)過(guò)熔析處理，粗金屬b內(nèi)雜質(zhì)B 的組成由b%降到a%。體系共晶相越少，越易通過(guò)熔析分離。

2、結(jié)晶。將粗金屬緩緩冷卻到一定溫度，熔體中某成分由于溶解度減小，因而呈固體析出，其余大部分熔體仍保持在液體狀態(tài),借此以分離金屬及其所含雜質(zhì)。也有這種情況，在冷卻粗金屬熔體時(shí)，并不出現(xiàn)固體，而是出現(xiàn)另一獨(dú)立的液相，它與原來(lái)的熔體分層。如粗鋅分離鉛即是如此。以上兩種方法都是在不恒溫的情況下進(jìn)行的。

粗金屬的熔析精煉過(guò)程是以狀態(tài)圖為基礎(chǔ)的?，F(xiàn)以粗鉛熔析除銅為例說(shuō)明。鉛精煉的第一步是用精煉鍋撇渣法除銅。Cu-Pb相圖見下圖所示：

該系有一低熔點(diǎn)共晶，此時(shí)99%以上的鉛以液態(tài)與固體純銅相平衡。盡管粗鉛含銅少于1%，但銅的大部分仍可通過(guò)緩慢地冷卻鉛水到450-350℃，富鋼渣便浮于鉛水表面而被除去。